一種低成本電子測(cè)速儀表的設(shè)計(jì)

摘要：利用常見(jiàn)主要集成電路，設(shè)計(jì)了一種電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x表并提出相應(yīng)的測(cè)速算法；還設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路，將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平，并通過(guò)74LS160寄存器將轉(zhuǎn)速信號(hào)顯示在LED上。該電子測(cè)速儀表具有線路簡(jiǎn)單、成本低、安裝調(diào)試方便和節(jié)省空間等特點(diǎn)，尤其是在簡(jiǎn)易工業(yè)系統(tǒng)中測(cè)量小型電機(jī)轉(zhuǎn)速上有明顯的優(yōu)勢(shì)。
關(guān)鍵詞：電子測(cè)速儀表；光電碼盤；常用集成電子器件

0 引言
轉(zhuǎn)速是各類旋轉(zhuǎn)機(jī)械和電機(jī)運(yùn)行中的一個(gè)重要物理量，在各種技術(shù)測(cè)試和監(jiān)控中需要對(duì)其進(jìn)行精確的測(cè)量。隨著技術(shù)的發(fā)展，各種轉(zhuǎn)速測(cè)量方法不斷涌現(xiàn)。不同的測(cè)速方法，一般測(cè)量原理或者測(cè)量工具存在差異。目前國(guó)內(nèi)外常用的測(cè)速方法有光電碼盤測(cè)速法、霍爾元件測(cè)速法、離心式轉(zhuǎn)速表測(cè)速和振動(dòng)測(cè)速法。本文將介紹一種基于光電碼盤的測(cè)速法，采用常用主要集成電路器件，設(shè)計(jì)了一種低成本、實(shí)時(shí)性好、簡(jiǎn)便易行、耗時(shí)短的電機(jī)速度測(cè)量?jī)x表，并且希望本測(cè)速儀表在工業(yè)中獲得較好的應(yīng)用。

1 測(cè)速原理
本文介紹的方法是通過(guò)測(cè)出轉(zhuǎn)速信號(hào)的頻率或周期來(lái)測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的一種無(wú)接觸測(cè)速法。采用光電碼盤安裝在轉(zhuǎn)子端軸上，隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，光電碼盤也跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)，如果有一個(gè)固定光源照射在碼盤上，則可利用光敏元件來(lái)接收光，接收到光的次數(shù)就是碼盤的編碼數(shù)。若編碼數(shù)為l，測(cè)量時(shí)間為t，測(cè)量到的脈沖數(shù)為N，則轉(zhuǎn)速n=(N／t*l)*60。這里，碼盤圓周上進(jìn)行等分等寬的透光條碼和遮光條碼，遮光條碼數(shù)為60，以保證脈沖頻率與轉(zhuǎn)速數(shù)值相等。

2 測(cè)速儀表的電路設(shè)計(jì)
選用NE555、74LS123、74LS160、LF347等主要集成電路制作電機(jī)測(cè)速儀表，整個(gè)儀表的電路圖包括測(cè)速電路及整形電路、轉(zhuǎn)換電路、定時(shí)電路及顯示電路等，系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)框圖如圖1所示。

若編碼數(shù)為l，測(cè)量時(shí)間為t，測(cè)量到的脈沖數(shù)為N，則轉(zhuǎn)速n=(N／t*l)*60。測(cè)速時(shí)，①、②端(波形相同，幅度不同)不斷輸出方波，當(dāng)③端波形為高電平時(shí)，數(shù)碼管不斷閃爍0，而在③端波形為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器保持，數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)就是所測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n。在③端的脈沖上升沿時(shí)，由④端輸出一個(gè)負(fù)脈沖使計(jì)數(shù)器復(fù)位，并開(kāi)始下一次采樣計(jì)數(shù)。要注意的是④端的復(fù)位信號(hào)的持續(xù)時(shí)間要遠(yuǎn)小于①、②端的脈沖周期，復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間為3～4μs，不影響測(cè)速精度。本儀表中各器件參數(shù)已經(jīng)過(guò)調(diào)試，測(cè)速波形圖如圖2所示。